JP2768277B2 - アーク溶接機およびプラズマ切断機 - Google Patents
アーク溶接機およびプラズマ切断機Info
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Description
触でアークを発生させるアーク溶接機およびプラズマ切
断機であって、電波障害を低減し、かつ延長ケーブル使
用時のアーク起動特性を飛躍的に向上させたアーク溶接
機およびプラズマ切断機に関する。
ラズマ切断機においては、アーク起動時にのみ電極と母
材の間に高周波電圧を印加して非接触でアーク起動させ
るようにしている。以下、この種の溶接機およびプラズ
マ切断機の構成について図12を参照しながら説明す
る。
るとアーク発生検出器5が動作していないことにより接
点7が閉じ、高周波発生装置9が動作し、カップリング
装置8に高周波電圧が印加される。これにより、カップ
リング装置8は第1の電源装置1から電極4と母材3と
の間に電力を供給する電力回路に高周波電圧を重畳す
る。そして、非接触で放電を開始し、第1の電源装置か
らの給電電力によりアーク起動される。アーク発生検出
器5の信号により接点7は開き、高周波発生装置9の動
作を停止させる。一方、図13に示す消耗電極アーク溶
接機の場合、起動スイッチ6を押すと第1の電源装置が
出力し、かつ消耗電極4(以下ワイヤと呼ぶ)の送り装
置10が動作し、ワイヤ4が母材3に接触すると、ワイ
ヤ4の先端がジュール熱で溶融し、アークが発生し溶接
が行われる。
ク溶接機では、アーク起動を高周波電力で行うため、図
14に示すような高周波電圧が電極と母材間に印加され
る。そのときの輻射雑音電界強度は図9に示すように約
70dBμVにも達する。従って、周辺のテレビやラジ
オ、あるいはエレクトロニクス機器への電波障害を引き
起こし、ひいては破壊に至る場合や、高周波が強すぎて
電極表面を荒し、アーク起動特性を損ねるということが
あった。また、中心周波数が約1MHzの高周波である
ため、2次側ケーブル延長時に高周波が途中でリークし
トーチ先端まで届かないため、図10に示すように延長
ケーブル50m以上ではアーク起動しない等、数々の問
題があった。一方、消耗電極アーク溶接機の場合、スタ
ート時の電流立ち上がり速度を高める努力により、瞬時
アークスタート率は約90%にまで達しているが、FA
化に伴う溶接作業の無人化のために、瞬時アークスター
ト率100%を達成することが強く求められている。ま
た、消耗電極アーク溶接機の場合には、溶接終了時に消
耗電極先端に付着するスラグ(絶縁物)が、溶接開始時
にアークの起動に与える影響を避けることは困難であ
り、図11の従来例の曲線が示す瞬時アークスタート率
が限界となっていた。
であり、無負荷時の輻射ノイズを抑え、かつ確実にアー
ク起動することのできるアーク溶接機およびプラズマ切
断機を提供することを目的とする。
に、本発明のアーク溶接機およびプラズマ切断機は、電
極と母材との間に電力を供給する第1の電源装置と、前
記電極と前記母材との間に高電圧を印加する垂下特性型
の第2の直流電源装置とを備え、前記電極と前記母材と
の間に抵抗とコンデンサとからなる遅れ要素を備え、ア
ーク起動時には前記第1の電源装置から電力を供給する
とともに、前記第2の直流電源装置から前記電極と母材
との間に高電圧を印加し、アーク発生後は前記第2の直
流電源装置からの高電圧の印加を停止し、前記第1の電
源装置から電力を供給するものである。
置から電力を供給するとともに、前記第2の直流電源装
置から前記電極と母材との間に高電圧を印加し、アーク
発生後は前記第1の電源装置および前記第2の直流電源
装置から給電するものである。
間に第2の直流電源装置から高電圧を給電することによ
り、電極と母材の間のエアギャップが絶縁破壊されてコ
ロナ放電し、アークがトリガされて非接触でアーク起動
される。
て説明する。
非消耗電極アーク溶接機の主回路構成図で、図2は上記
第1の電源装置が交流電源および起動時に極性反転する
直流電源の場合の非消耗電極アーク溶接機の主回路構成
図である。また、図3は図1において電極を消耗電極に
変えた場合の主回路構成図である。図において、従来と
同一構成については同一の符号を付し、説明を省略す
る。
る。また、12は直流高電圧阻止用の整流素子である。
また、14は抵抗、15はコンデンサであり、この2つ
で遅れ要素を形成している。第1の電源装置1の給電回
路に第2の直流電源装置11の出力を接続し、前記第2
の直流電源装置11の高電圧出力が、電極4と母材3の
間にのみ印加されるように第1の電源装置1への高電圧
印加阻止のための整流素子12が、前記第1の電源装置
1の給電回路に接続挿入されている。
と、接点7により第2の直流電源装置11が起動し、ア
ーク起動のための約4KVの直流高電圧が電極4と母材
3の間に供給される。同時に第1の電源装置1からは、
定常アーク形成のための直流電力が電極4と母材3間に
供給される。この給電により、電極4と母材3の間のギ
ャップは直流高電圧により絶縁破壊されてコロナ放電を
起こし、アーク移行される。第2の直流電源装置11か
らの給電時間は、図4に示すように起動スイッチ6が操
作されてからアーク発生検出器5が動作するt1からt
2までである。また、アーク起動からアーク起動後の動
作特性を図7に示す。起動時の出力特性の垂下度は、安
全面からすると大きい方が望ましい。しかし、出力端に
水抵抗等の並列インピーダンスが負荷されると出力電圧
は大きく低下するために、アーク起動のためには垂下度
は小さい方がよい。そこで、この両方の要求を満たすた
めに、本実施例においては、電極4と母材3間にコンデ
ンサ15と抵抗14とからなる遅れ要素を設けている。
そして、この際、抵抗14の抵抗値を大きくし、コンデ
ンサ15の放電電流は極小に選んでいる。
装置11から電圧が印加された際、まずコンデンサ15
に電荷が蓄えられるために、電極4と母材3間での放電
周期が長くなるとともに、放電後もコンデンサ15に蓄
えられた電荷が放電するための時間が必要となり、結果
として、放電周期は非常に長くなる。例えば、遅れ要素
を設けなかったときの放電周期はkHzオーダーである
のに対し、遅れ要素を設けた場合の放電周期は数Hzに
すぎない。なお、この放電周期は遅れ要素の時定数で定
められる。電流の大きさは電荷量と周波数の積にて表さ
れることが知られているが、遅れ要素を設けなかったと
きの電極側ケーブル・母材側ケーブル間の電荷量と遅れ
要素を設けたときのコンデンサ15の電荷量の差に対し
て、上記の周波数の差の方が極端に大きくなるため、電
極4と母材3間に発生するコロナ放電電流の電流値は抑
えられることとなり、上記出力特性の垂下度を小さくし
てもコロナ放電電流は増加しないこととなる。従って、
安全性を確保しながらアーク起動を行うことが可能とな
るのである。無負荷時には第2の直流電源装置11から
の垂下特性を有する電力が、またアーク移行後には第1
の電源装置1の垂下特性を有する電力が電極4と母材3
間に印加される。従って、電極4と母材3間は非接触の
状態でアーク起動することができる。上記の構成の溶接
機を次の条件で実験した結果、直流高電圧波形は図8の
ように高調波を含まないため、EMC試験法による雑音
電界強度は、図9に示すように従来例に対し約30dB
μV低下した。また、図10に示したように、瞬時アー
クスタート率は従来のものに比べ著しく向上した。そし
て、その差は延長ケーブルが長くなるほど顕著なものと
なった。(表1)に実験条件を示す。
にした場合と起動時のみ極性を切り換える直流電源の場
合を記したが、起動時のみを考えれば図4を見るとわか
るように、図1の第1の電源装置1が直流電源の場合と
同じアーク起動メカニズムであることが容易に判断でき
る。13はアーク発生検出器5の信号を受けて導通し、
電極4と母材3間に電極マイナスの電力を供給するため
のものである。また、実施例において溶接負荷を切断負
荷に置き換えても同様の効果が得られた。
例について説明する。図6に示すように、起動スイッチ
6を押すと第1の電源装置1の無負荷電圧が発生すると
同時にワイヤの送り装置10が作動し、ワイヤが母材に
向かって送り出される。また、第2の直流電源装置11
からの直流約4KVがワイヤ4と母材3間に印加され
る。12は直流高電圧がワイヤ4と母材3間にのみ印加
されるための阻止用整流素子である。従って、ワイヤ4
が母材3に向かって送り出されるとワイヤ4先端と母材
3間が2mmの距離で放電を開始し、かつ第1の電源装
置1も動作しているため定常アークへと移行する。ワイ
ヤ4先端を母材3へ接触通電しそのジュール熱でアーク
起動させていた従来機と異なり、本発明の非接触起動方
式では、ワイヤ4先端へのスラグ付着の影響や、ワイヤ
4が母材3へ接触時の問題点を完全になくすことがで
き、図11のアークスタート試験結果では瞬時アークス
タート率を100%まで向上できた。(表2)に実験条
件を示す。
検出と同時に第2の直流電源装置11を接点7により停
止させるようにしたが、図5に示すようにアーク発生検
出後第1の電源装置1と第2の直流電源装置11の双方
から給電するようにしても差し支えない。要は、第2の
直流電源装置11から給電される直流高電圧でアーク起
動するものであればよい。
に、本発明によれば、アーク起動時に遅れ要素を接続し
た電極と母材との間に垂下特性を有する第2の直流電源
装置から直流高電圧を印加して、電極と母材間のギャッ
プを絶縁破壊し、コロナ放電させてアークをトリガする
ので、電極と母材を非接触にしてアーク起動させること
ができた。これにより、無負荷時の輻射ノイズをなくす
ことができる。また、直流高電圧でアーク起動が行われ
たが、延長ケーブルからのリークもなくなり、延長ケー
ブルを長くしても確実にアーク起動することができる。
このように本発明によれば、無負荷時の輻射ノイズがな
く、かつ延長ケーブルを長くしても確実にアーク起動す
ることができるアーク溶接機(非消耗電極及び消耗電極
式)及びプラズマ切断機を提供することができる。
流電源の場合のアーク溶接機の主回路構成図
流電源及び起動時に極性反転する直流電源の場合の非消
耗電極アーク溶接機の主回路構成図
流電源の場合の消耗電極アーク溶接機の主回路構成図
加タイミング図
を示す図
強度比較図
アーク溶接機における延長ケーブル時のアークスタート
特性比較図
ーク溶接機におけるのアークスタート特性比較図
電源の場合のアーク溶接機の主回路構成図
Claims (8)
- 【請求項1】 電極と母材との間に電力を供給する第1
の電源装置と、前記電極と前記母材との間に高電圧を印
加する垂下特性型の第2の直流電源装置とを備え、前記
電極と前記母材との間に抵抗とコンデンサとからなる遅
れ要素を備え、アーク起動時には前記第1の電源装置か
ら電力を供給するとともに、前記第2の直流電源装置か
ら前記電極と母材との間に高電圧を印加し、アーク発生
後は前記第2の直流電源装置からの高電圧の印加を停止
し、前記第1の電源装置から電力を供給するアーク溶接
機。 - 【請求項2】 アークの発生を検出するアーク発生検出
手段と、前記アーク発生検出手段からの信号により第2
の直流電源装置の動作を停止するスイッチ手段とを備え
た請求項1記載のアーク溶接機。 - 【請求項3】 電極と母材との間に電力を供給する第1
の電源装置と、前記電極と前記母材との間に高電圧を印
加する垂下特性型の第2の直流電源装置とを備え、前記
電極と前記母材との間に抵抗とコンデンサとからなる遅
れ要素を備え、アーク起動時には前記第1の電源装置か
ら電力を供給するとともに、前記第2の直流電源装置か
ら前記電極と母材との間に高電圧を印加し、アーク発生
後は前記第1の電源装置および前記第2の直流電源装置
から給電するアーク溶接機。 - 【請求項4】 第1の電源装置の給電回路に整流素子ま
たは単方向制御整流素子を挿入したことを特徴とする請
求項1または3記載のアーク溶接機。 - 【請求項5】 電極と母材との間に電力を供給する第1
の電源装置と、前記電極と前記母材との間に高電圧を印
加する垂下特性型の第2の直流電源装置とを備え、前記
電極と前記母材との間に抵抗とコンデンサとからなる遅
れ要素を備え、アーク起動時には前記第1の電源装置か
ら電力を供給するとともに、前記第2の直流電源装置か
ら前記電極と母材との間に高電圧を印加し、アーク発生
後は前記第2の直流電源装置からの高電圧の印加を停止
し、前記第1の電源装置から電力を供給するプラズマ切
断機。 - 【請求項6】 アークの発生を検出するアーク発生検出
手段と、前記アーク発生検出手段からの信号により第2
の直流電源装置の動作を停止するスイッチ手段とを備え
た請求項5記載のプラズマ切断機。 - 【請求項7】 電極と母材との間に電力を供給する第1
の電源装置と、前記電極と前記母材との間に高電圧を印
加する垂下特性型の第2の直流電源装置とを備え、前記
電極と前記母材との間に抵抗とコンデンサとからなる遅
れ要素を備え、アーク起動時には前記第1の電源装置か
ら電力を供給するとともに、前記第2の直流電源装置か
ら前記電極と母材との間に高電圧を印加し、アーク発生
後は前記第1の電源装置および前記第2の直流電源装置
から給電するプラズマ切断機。 - 【請求項8】 第1の電源装置の給電回路に整流素子ま
たは単方向制御整流素子を挿入したことを特徴とする請
求項5または7記載のプラズマ切断機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26695294A JP2768277B2 (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | アーク溶接機およびプラズマ切断機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26695294A JP2768277B2 (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | アーク溶接機およびプラズマ切断機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08118013A JPH08118013A (ja) | 1996-05-14 |
JP2768277B2 true JP2768277B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=17437976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP26695294A Expired - Fee Related JP2768277B2 (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | アーク溶接機およびプラズマ切断機 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2768277B2 (ja) |
-
1994
- 1994-10-31 JP JP26695294A patent/JP2768277B2/ja not_active Expired - Fee Related
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